宋新洲，范志軍

（1-河南新飛電器有限公司，新鄉(xiāng) 453002；2-西安交通大學(xué)，陜西 714009）

利用冷藏室循環(huán)熱進(jìn)行化霜預(yù)處理的蒸發(fā)器化霜系統(tǒng)的試驗研究

宋新洲*1,2，范志軍1

（1-河南新飛電器有限公司，新鄉(xiāng) 453002；2-西安交通大學(xué)，陜西 714009）

根據(jù)無霜冰箱蒸發(fā)器的化霜原理，針對現(xiàn)有的冷凍蒸發(fā)器化霜系統(tǒng)存在的問題，提出了改進(jìn)方案。利用冷藏室循環(huán)熱進(jìn)行化霜預(yù)處理，通過改進(jìn)前后的試驗對比分析，可以得出以下結(jié)論：在不增加任何成本的基礎(chǔ)上，提高了化霜系統(tǒng)的可靠性并且降低了27%的化霜能耗。

無霜冰箱；冷凍蒸發(fā)器化霜系統(tǒng)；冷藏室循環(huán)熱；化霜預(yù)處理

0 引言

無霜冰箱又稱為間冷式冰箱，利用風(fēng)扇使冷風(fēng)強(qiáng)迫對流循環(huán)而間接冷藏、冷凍食品。冰箱內(nèi)增發(fā)的水分和被冷風(fēng)帶走，并在通過蒸發(fā)器時凍結(jié)于蒸發(fā)器的表面而形成霜層。無霜冰箱有他的優(yōu)點：制冷比較快，但也有他明顯的缺點：風(fēng)冷冰箱內(nèi)部空氣的水分在通過-30℃的蒸發(fā)器時，凍結(jié)于蒸發(fā)器表面形成霜層。不斷加厚的霜層將影響到制冷性能，甚至阻塞空氣的流通，使冰箱基本不制冷。對于蒸發(fā)器的化霜的除霜經(jīng)常使用的有以下幾種：制冷系統(tǒng)逆向循環(huán)，由于要加四通閥，而且在化霜時，冰箱側(cè)幫或底部的冷凝器（在逆循環(huán)時為蒸發(fā)器）結(jié)冰，致使在化霜結(jié)束后積水問題不易解決；另外也存在制冷制熱兩種循環(huán)切換時，系統(tǒng)的參數(shù)變化大，對系統(tǒng)安全和穩(wěn)定不利[1,2]；熱氣旁通除霜是利用壓縮機(jī)做功除霜，該方法對于冰箱來講主要問題是容易造成蒸發(fā)器出口帶液，易對壓縮機(jī)造成液擊損害[3]。而目前風(fēng)冷冰箱的化霜方法主要是使用電加熱法化霜。電加熱法化霜主要有兩種方式，一種是將鋁制電加熱絲布置于蒸發(fā)器上，利用其導(dǎo)熱除霜；另外一種是使用石英管輻射除霜。電加熱除霜具有除霜快的優(yōu)點，但也有相應(yīng)的缺點難以克服。由于放置的位置及結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的原因，致使導(dǎo)熱除霜不均勻，因此導(dǎo)致除霜的時間延長，能耗高，而石英管除霜的溫度很高，能耗大，如果沒有相應(yīng)的安全防護(hù)裝置，對于一些易爆制冷劑如R600a難以安全使用。另外，電加熱的化霜余熱大，導(dǎo)致冰箱內(nèi)的溫度上升過高。因此現(xiàn)在企業(yè)大都使用電加熱的方法融霜。

目前無霜冰箱化霜控制方法主要有四種：

1）利用蒸發(fā)器進(jìn)出口流通空氣的溫度值啟動化霜[4]；

2）在某一具體測量點設(shè)置結(jié)霜傳感器[5]或采用霜層圖像處理技術(shù)[6]，判斷霜層厚度來進(jìn)行化霜；

3）應(yīng)用模糊推理[7]，在冰箱溫度達(dá)到最穩(wěn)定的時間，即使霜層厚度不大，進(jìn)行快速化霜；

4）根據(jù)壓縮機(jī)累計運行時間達(dá)到某一數(shù)值，固定時間化霜。

現(xiàn)階段無霜冰箱生產(chǎn)中使用最廣泛的是第四種化霜控制方法。該方法雖然簡單，但化霜不均勻。因此化霜時間較長，能耗較大。本文以該法為例，針對單蒸發(fā)器系統(tǒng)的風(fēng)冷冰箱，在化霜控制過程中增加了冷藏室回風(fēng)化霜的程序，并對冷藏室回風(fēng)化霜的時間和風(fēng)量進(jìn)行了優(yōu)化處理，使化霜過程的耗電量比傳統(tǒng)的方法明顯減少現(xiàn)有的化霜過程

1 化霜流程比較

1.1 原始的化霜流程

化霜的主要步驟：

（1） 壓縮機(jī)累計時間達(dá)到 7.5小時后，進(jìn)入化霜準(zhǔn)備；

（2） 冷藏室溫度

a. 如果此時冷藏室處于開機(jī)狀態(tài)，則冷藏室繼續(xù)制冷至停機(jī)點；

b. 如果此時冷藏室處于停機(jī)狀態(tài)，冷藏室溫度處于對應(yīng)關(guān)機(jī)點以上，則冷藏室強(qiáng)制制冷至停機(jī)點-0.5℃；

c. 如果冷藏室制冷 70分鐘仍達(dá)不到以上兩個條件時，則直接關(guān)閉風(fēng)門；

（3） 冷凍室制冷至關(guān)機(jī)點以下2度。（如果冷凍室制冷超過70分鐘仍未達(dá)到關(guān)機(jī)點2度以下，則直接進(jìn)（4）；

（4） 壓縮機(jī)停止工作，打開電加熱進(jìn)行化霜；

（5） 當(dāng)蒸發(fā)傳感器溫度大于設(shè)置的化霜溫度（初始值為6）,℃或化霜時間大于25分鐘后關(guān)閉電加熱。其流程控制圖如圖1所示。

我們在BCD-336的風(fēng)冷冰箱上做實驗，壓縮機(jī)累積運行7.5個小時后化霜一次，化霜電加熱的功率為 297W，當(dāng)化霜傳感器溫度達(dá)到 6℃時結(jié)束化霜，化霜時間為25分鐘。

圖1 化霜流程控制圖

1.2 增加回風(fēng)化霜的流程

流程程序主要步驟：

（1）壓縮機(jī)累計時間達(dá)到7.5小時后，進(jìn)入化霜準(zhǔn)備；

（2）冷藏室溫度

a. 如果冷藏室溫度不大于設(shè)定溫度+5℃則直接關(guān)閉風(fēng)門；

b. 如果冷藏室溫度大于設(shè)定溫度+5℃（防止用戶剛剛放入溫度較高的食物）則將冷藏室溫度拉到低于設(shè)定溫度+5℃后關(guān)閉風(fēng)門（如果冷藏室制冷時間超過70分鐘后仍為達(dá)到要求則直接進(jìn)入（4）；

（3）冷凍室制冷至關(guān)機(jī)點以下2度。（如果冷凍室制冷超過70分鐘仍未達(dá)到關(guān)機(jī)點2度以下，則直接進(jìn)入（4）；

（4）回風(fēng)化霜

壓縮機(jī)停止運行，風(fēng)門打開，蒸發(fā)風(fēng)機(jī)運行，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；

回風(fēng)化霜時間t的確定；

式中，a、b、c為實驗參數(shù)，T1為環(huán)境溫度，T2為冷藏室回風(fēng)化霜時溫度。

回風(fēng)化霜計時器倒計時結(jié)束后進(jìn)入（5）；

（5）電加熱化霜

打開電加熱進(jìn)行化霜；

（6）當(dāng)增發(fā)傳感器溫度大于設(shè)置的化霜溫度（初始值為6）,℃或化霜時間大于25分鐘后關(guān)閉電加熱。

我們?nèi)匀辉谕慌_冰箱上做實驗，壓縮機(jī)累積運行7.5個小時后化霜一次，化霜電加熱的功率為297 W，當(dāng)化霜傳感器溫度達(dá)到6℃時結(jié)束化霜，回風(fēng)化霜時風(fēng)機(jī)的功率為2 W，電加熱化霜的時間為18分鐘。控制流程圖如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的化霜控制流程圖

2 試驗分析

2.1 試驗設(shè)備

試驗在新飛公司試驗室進(jìn)行。該試驗室由電腦測試系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及測試房組成，由中國家電研究院設(shè)計、制造與安裝。

該試驗室可模擬不同的環(huán)境溫、濕度（干球溫度10 ～45℃，相對濕度40% ～80%），空氣流動速度小于0.2 m/s。每次可同時對四臺冷柜進(jìn)行測試，每個測試位共有 16個測溫點，可根據(jù)要求記錄壓縮機(jī)運行狀況（包括：功率、運行時間、運行電流）、冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)各點的溫度。溫度探頭采用“康銅”熱電偶。

2.2 試驗樣機(jī)和試驗方法

冷柜溫度試驗方法是根據(jù)GB8059.4-93標(biāo)準(zhǔn)[8]的溫度試驗程序進(jìn)行。產(chǎn)品的使用氣候類型為 ST型，分別測試高溫儲藏溫度（38℃）、耗電量測試（25℃）。試驗樣機(jī)采用兩臺 BCD-336，分別采用原化霜方法和回風(fēng)化霜方法。

優(yōu)化后的化霜過程充分的利用了蒸發(fā)器的余冷來進(jìn)行冷藏室的制冷，并利用冷藏室的高溫氣體對蒸發(fā)器進(jìn)行了化霜，減少了化霜過程中電加熱開啟的時間。風(fēng)量加大到2200轉(zhuǎn)的情況下，10分鐘的回風(fēng)化霜可以得到在1800轉(zhuǎn)20分鐘的效果，但是冷藏室的溫度下降太快，容易低于0度，所以我們最終采用了，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1800轉(zhuǎn)，20分鐘的回風(fēng)化霜，這種情況效果較佳。

表1 冷藏回風(fēng)化霜方法與原化霜方法的溫度對比

由表1我們可以看出，增加回風(fēng)化霜是完全可行的，但這些結(jié)果只是我們在封閉的環(huán)境中做的，并沒有模擬用戶的實際使用例如開門的次數(shù)，是否在化霜期間開門，環(huán)境的溫度等等。為了保證化霜的可靠性我們在程序中增加了：連續(xù)10次化霜后，第11次化霜最長時間調(diào)整為40分鐘，化霜結(jié)束后仍調(diào)回 25分鐘。重新累計化霜次數(shù)。使化霜更有保證.由于是在原化霜的基礎(chǔ)上增加冷藏回風(fēng)化霜的預(yù)處理，故可靠性進(jìn)一步的加強(qiáng)。

由表1可見原有的化霜過程的耗電量為：

0.297×25 /60=0.1238 kW·h/24h

優(yōu)化后的化霜過程的耗電量：

0.002×18 /60+0.297×18/60=0.0897 kW·h/24h

所以每個化霜過程節(jié)能0.034 kW·h/24h，化霜能耗降低了27%。

在環(huán)溫25℃的情況下，利用冷藏室循環(huán)熱進(jìn)行化霜預(yù)處理在不增加任何成本的基礎(chǔ)上，提高了化霜系統(tǒng)的可靠性。風(fēng)冷冰箱BCD-336平均有兩次化霜，那么節(jié)能0.064 kW·h/24h，BCD-336的標(biāo)稱能耗為0.95 kW·h/24h故節(jié)能6.7%，而成本毫無增加。

3 結(jié)論

現(xiàn)階段無霜冰箱生產(chǎn)中使用最廣泛的是電加熱化霜控制方法。該方法雖然簡單，但化霜不均勻。因此化霜時間較長，能耗較大。本文以該法為例，針對單蒸發(fā)器系統(tǒng)的風(fēng)冷冰箱，在化霜控制過程中增加了冷藏室回風(fēng)化霜的程序，并對冷藏室回風(fēng)化霜的時間和風(fēng)量進(jìn)行了優(yōu)化處理，使化霜過程的耗電量比傳統(tǒng)的方法明顯減少。

利用冷藏室循環(huán)熱進(jìn)行化霜預(yù)處理在不增加任何成本的基礎(chǔ)上，提高了化霜系統(tǒng)的可靠性并且降低了27%的化霜能耗。在環(huán)溫25℃的情況下，風(fēng)冷冰箱BCD-336平均有兩次化霜，可以節(jié)能0.064 kW·h/24h，BCD-336的標(biāo)稱能耗為 0.95 kW·h/24h故節(jié)能6.7%。

[1]趙興,李硯泉,侯同堯,蘭永玉,朱建高. 用四通閥除霜的冰箱[P]. 中國專利∶CN2716771,2005-08-10.

[2]D.Huang, Z.L.He, X.L.Yuan. Dynamic Characteristics of An Air-to-water Heat Pump Under Frosting/ defrosting Conditions [J]. Applied Thermal Engineering, 2007（27）∶1996-2002.

[3]吳卓林. 以壓縮機(jī)排除制冷劑給蒸發(fā)器除霜的冰箱[P].中國專利∶ 200620072305.4,2007-08-22.

[4]姜翌,劉寧. 低溫冰箱電腦溫控器研究[J]. 沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 1997, 19（3）∶ 42-46.

[5]王文濤,姜錦英. 結(jié)霜傳感器[J]. 傳感器世界,2001, （10）∶19-21.

[6]于兵,闕雄才,陳芝久. 翅片管蒸發(fā)器結(jié)霜厚度圖像處理之量化實驗分析[J]. 工程熱物理學(xué)報. 1998,19（3）∶335-339.

[7]湛清平,楊存祥. 風(fēng)冷式電冰箱模糊控制器的研制[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報.1997,（2）∶27-31.

[8]GB/T 8059.4-1993. 家用制冷器具 無霜冷藏箱,無霜冷藏冷凍箱,無霜冷凍食品儲藏箱和無霜食品冷凍箱 [S].

The Experimental Study of Defrost System With Cycling Heat of Refrigerating Chamber Pre-Treatment Program

SONG Xin-zhou*1,2, FAN Zhi-jun1
（1-Henan Xinfei Electric CO., LTD, XinXiang 453002 ; 2-Xian Jiaotong University, ShanXi 714009）

An improved control program design was proposed that the cycling heat of refrigerating chamber was used for pre-treatment before electrical heating defrost system began to work. It is found that the reliability of the defrost system improved and the defrost energy was saved by 27%.

Frost-free refrigerator; Defrost system of freeze evaporator; Cycling heat of refrigerating chamber;Pre-treatment of defrost

*宋新洲（1971-），男，高級工程師，河南新飛電器技術(shù)中心。電子郵箱：songxinzhou@xinfei.com。本論文由《2011年中國家用電器技術(shù)大會論文集》推薦發(fā)表。